khimie.ru

Кларк полония (среднее содержание в земной коре) составляет ничтожную величину: 2∙10^-14 %. Образуется полоний в результате радиоактивного распада долгоживущих радиоактивных элементов — тория и урана, являясь промежуточным членом минных цепочек распада (они называются также радиоактивными рядами). В ряду, родоначальником которого является ²³²Тh (t_1/2 ⁼ 14 млрд. лет), а конечным продуктом − стабильный изотоп свинца ²⁰⁸Рb, появляются в качестве 6-го и 9-го звеньев изотопы полония: ²¹⁶Ро (t_1/2 = 0,15 с) и ²¹²Ро (t_1/2 = 3∙10^-7 с). Очень малое время жизни этих изотопов означает, что в природе они практически отсутствуют.

В ряду урана-актиния родоначальником является ²³⁵U (t_1/2 = 700 млн. лет), а конечным стабильным продуктом − ²⁰⁷Рb. В этом ряду изотопов полония тоже два, и они оба тоже короткоживущие: ²¹⁵Ро (t_1/2 = 1,8∙10^-3 с) и ²¹¹Po (t_1/2 = 0,5 с). Урана-235 в природном уране всего 0,72 %, время жизни ²¹¹Ро и ²¹⁵Ро малы, так что и этих изотопов полония в природе тоже практически нет. Ощутимые количества полония могут накопиться только в ряду урана − радия, родоначальником которого является ²³⁸U, а конечным продуктом − ²⁰⁷Рb. Поэтому природный полоний представлен практически только нуклидом ²¹⁰Ро. В этом ряду присутствуют также радий и радон. Приведем этот ряд (в несколько упрощенном виде) полностью; над стрелками показан период полураспада и его тип.

Прежде чем перейти к герою повествования − полонию-210, необходимо сказать об одном из его предшественников − радоне. Это благородный (раньше говорили − инертный) газ, поэтому он постепенно, не вступая в химические реакции, просачивается из глубин земного шара к поверхности (в разных географических районах − в разных количествах) и попадает в воздух. На него приходится значительная часть дозы облучения, которую получает средний человек (в некоторых регионах − до 50 %), Основная часть радона, попавшая при вдохе в трахею, бронхи и легкие, при выдохе выделяется обратно. Однако полоний-210, успевший образоваться при распаде радона, оседает в дыхательных путях, откуда разносится по организму. Радон хорошо растворяется в воде (в 22 раза лучше, чем азот), поэтому часть радона, попавшая в легкие при вдохе, может проникнуть через стенки легочных альвеол, раствориться в крови и затем распасться уже внутри организма с образованием полония. Много ли полония может образоваться из радона (а в конечном счете из урана)? Уран-238 распадается очень медленно − в течение многих миллиардов лет, что сопоставимо с возрастом Земли. Если атомы урана будут находиться в земной коре в составе того или иного минерала достаточно долго − миллионы лет и газообразный радон не будет из минерала улетучиваться, то наступит стационарное состояние (радиохимики называют его равновесием). Это означает, что каждый член ряда образуется из своих предшественников с точно такой же скоростью, с которой распадается сам. При этом его количество в минерале в течение обозримого времени не меняется и зависит от периода полураспада этого нуклида. Очевидно, что чем меньше период полураспада члена ряда, тем меньше его будет в смеси. Нетрудно показать, что отношение числа атомов N материнского элемента (урана-238) и его дочерних атомов равно отношению их периодов полураспада, т. е„ например N(²³⁸U):N(²²⁶Ra):N(²¹⁰Po). Сделав небольшую поправку на различие атомных масс этих нуклидов (238, 226 и 210), легко подсчитать, что при равновесии на 1 тонну чистого урана в его рудах приходится примерно 0,34 г радия и лишь около 0,07 мг ²¹⁰Ро. И если весь полоний из тонны урана выделить (при условии, что радон не улетучивается), то получится шарик радиусом 0,1 мм. Но эта ничтожная крупинка ежесекундно излучает 12 млрд. α-частиц. Неудивительно, что Мария Кюри не смогла получить ощутимые количества полония, но смогла его обнаружить по радиоактивности С радием ей повезло больше: его в урановых рудах по массе почти в 5000 раз больше. Можно отметить, в связи с этим, что дочь Марии Кюри Ирэн в 1925 г. защитила докторскую диссертацию, посвященную α-излучению полония. Она и ее муж Фредерик (в будущем оба − лауреаты Нобелевской премии по химии) располагали мощным для того времени полониевым источником α-частиц.

Зная период полураспада полония-210, нетрудно подсчитать, что каждые сутки распадается примерно 0,5 % имеющегося в наличии полония и образуется столько же свинца. Если с образцом полония не проводили никаких манипуляций, то, проанализировав его на содержание полония и свинца, можно определить, как давно этот образец был получен. Например, через 4,5 месяца количество атомов полония и свинца в образце сравняются, через 9 месяцев свинца будет уже втрое больше и т. д.